ИСТИНА

К концу 2010 года предполагалось выполнить следующие работы: 1. Разработка математических моделей инструментальных погрешностей проектируемой бескарданной авиагравиметрической системы, определение примерных значений параметров этих моделей. 2. Выработка подходов к построению алгоритмов идентификации инструментальных погрешностей датчиков. Главное в этих подходах – учесть дополнительные возможности, предоставляемые кинематикой прибора и избыточностью датчиков первичной информации. 3. Проведение, насколько это возможно, совместно с разработчиками прибора стендового моделирования указанных алгоритмов с целью уточнения моделей инструментальных погрешностей. 4. Выработка подходов к построению алгоритма постобработки входной авиагравиметрической информации, к построению упрощенного алгоритма, его численное моделирование, грубое тестирование алгоритма при помощи накопленной экспериментальной информации. Грубость вызывается тем, что частота записи экспериментальной информации существенно меньше проектируемой в новом приборе. В 2011 году в рамках основной цели проекта - разработка методов и программ для обработки данных перспективного бескарданного гравиметра GTX - планируется проведение следующих исследований: 1. Совместно с ИФЗ РАН, ЗАО "Гравиметрические технологии" обработка данных летных испытаний перспективного гравиметра GTX. Цель данных испытаний, со стороны авторов проекта - уточнение моделей погрешностей, идентификация параметров гравиметра и разработка методов и алгоритмов обработки летных данных с целью повышения точности авиагравиметрических съемок. 2. Теоретическая проработка методики калибровки гравиметра для съемок в режиме облета рельефа в режиме тестовых калибровочных маневров. Для съемок в режиме облета рельефа требуется сверхточная калибровка, особенно вертикального канала. Такая точность не вполне достижима во время предстартовой калибровки. Предлагается перед съемками проводить специальный калибровочный маневр по высоте. В проекте планируется разработать методы и алгоритмы такой калибровки с использованием кратномасштабного анализа и провести проверку точности и эффективности метода на реальных данных. Основной аппарат анализа - вейвлет-разложение. 3. Исследование возможности использования для определения ориентации бескарданного гравиметра GTX данных с разнесенных антенн СНС на самолете - носителе. Такие дополнительные датчики ориентации требуются для эксплуатации гравиметра в высоких широтах, где методы инерциальной еавигации наталкиваются на трудности. 4. Рассмотрены математические и вычислительные особенности метода L1-аппроксимации в задаче идентификации скачков (оценивания моментов и величин скачков) в погрешностях инерциальных датчиков при различных вариантах декомпозиции навигационной модели и типах функционала. Показано, как совместное использование скоростной и полной угловой информации в соответствующей задаче сглаживания позволяет решить задачу определения скачков в показаниях чувствительных элементов БИНС. Численные эксперименты подтвердили, что предложенный подход дает возможность с приемлемой точностью идентифицировать скачки и в показаниях акселерометров и датчиков угловой скорости (гироскопов). Цели на 2012 год: продолжение экспериментов и совершенствование программного обеспечения перспективного гравиметра GT-X. В частности, совместно с компаниями "Геокен" (Казахстан) и "Гравиметрические технологии" планируются испытания гравиметра в принципиально новых условиях - в протоках мелководной части Каспийского моря вблизи дельты Волги. Разработка программного обеспечения для построения и редукции карт аномального гравитационного поля, построенных по данным аэрогравиметрии, путем комплексирования данных с данными новейших международных глобальных моделей, таких как EGM2008. Решение задачи предлагается путем ее сведения к новой задачи оценивания в пространстве коэффициентов вейвлет-разложения остаточного поля. Разработка программно-методического обеспечения для оптимального адаптивного оценивания аномального гравитационного поля Земли по данным авиационных съемок с учетом пространственной неоднородности поля. Соответствующее обеспечение развивает полученные в 2011 году математические результаты, основанные на концепции расширенных скрытых марковских моделей, в сторону практической направленности. Дальнейшее развитие подходов к навигации и гравиметрии, основанных на применении L1-аппроксимаций. Предполагается разработка и внедрение прикладного ПО, использующего эти методы.

Разработаны математические модели инструментальных погрешностей бескарданной авиагравиметрической системы GTX, определены примерные значения параметров этих моделей. Эти модели построены на основе теоретического анализа задачи и стендовых испытаний. Разработан подход к построению алгоритмов идентификации инструментальных погрешностей датчиков, с учетом дополнительных возможностей, предоставляемых кинематикой прибора (возможность предстартовой калибровки путем наклонов прибора) и избыточностью датчиков первичной информации. Проведены совместно с разработчиками прибора стендовые испытания, моделирование указанных алгоритмов с целью уточнения моделей и значений инструментальных погрешностей. Выяснена, в частности, неадекватность линейных калибровочных соотношений. Построена нелинейная модель, описывающая, в том числе, влияние эффекта кросс-коплинга. Разработаны алгоритмы высокоточной статической и динамической калибровки гравиметра, а также предполетной докалибровки. Статическая калибровка делается на поворотном столе, где доступна информация об углах поворота прибора относительно Земли. При статической калибровке удается эффективно идентифицировать нелинейные погрешности акселерометров. При этом отдельно решается задача калибровки ДУС - кольцевого лазерного гироскопа (КЛГ). Динамическая калибровка делается на произвольно движущемся основании, где информация об ориентации поставляется путем интегрирования сигналов ДУС . Динамическая калибровка позволяет одновременно калибровать как акселерометры, так и ДУС. Выяснено, что для бескарданного гравиметра необходима регулярная докалибровка по той причине, что нули акселерометров не вполне стабильны и могут уходить от полета к полету. Докалибровка делается перед каждым полетом и после каждого полета. Для докалибровки компанией GT разработано специальное приспо-собление, позволяющее наклонять и поворачивать прибор на 6 градусов, не снимая с самолета-носителя. В работе показано, что при докалибровке с помощью приспособления можно определить смещения нулей акселерометров с точностью не хуже 1 мГал. По материалам исследований И.Сазонов под руководством Н.А.Парусникова защитил кандидатскую диссертацию. Обычно при калибровке набор данных является избыточным, и для выбора оценки используются вариации метода наименьших квадратов. В рамках проекта разработан усовершенствованный гарантирующий подход к задаче калибровке, при котором рассматриваются не среднестатистические, а наихудшие погрешности измерений. Выяснено, что гарантирующий подход удобен при составлении оптимальных планов калибровки. В частности, оптимальные планы для определения неортогональности осей триад состоит из поворотов стенда на углы, кратные 45 градусам. По материалам исследований П.А.Акимов под руководством А.И.Матасова защитил кандидатскую диссертацию. Построен субоптимальный алгоритм постобработики авиагравиметрической информации вертикального канала, имеющий ту же структуру, что и фильтр Калмана, но другие коэффициенты и постоянное оптимальное запаздывание; проведено его численное моделирование, проверка на экспериментальных данных, показавшая его эффективность в морской гравиметрии и точность, сравнимую с точностью оптимального алгоритма сглаживания, и многократно превосходящую точность фильтра Калмана. Совместно с ЗАО "Гравиметрические технологии" проведены испытания новейшего авиационного гравиметра GT-X на яхте (сентябрь 2011). Цель испытаний – проверка возможности использования нового гравиметра в «авиационном» и «морском» режиме и отработка технологий авиа и морской гравиметрической съемки в условиях, приближенных к реальным. В начале и в конце съемки проводились специальные эксперименты для докалибровки инерциальных датчиков GT-X, основанные на том, что конструкция гравиметра позволяет задавать повороты центрального прибора вокруг трех его осей. Также в начале и конце съемки, учитывая возможности сглаживания в режиме постобработки, проводилась выставка навигационной системы прибора. Определение гравитационной аномалии проводилось в двух режимах – в авиационном, где вертикальная скорость чувствительного элемента определялась по показаниям СНС, и в морском, в предположении нулевой вертикальной скорости, где СНС использовалась только для формирования инерциальных поправок. Получены предварительные точностные характеристики оценивания гравитационных аномалий по сходимости измерений на повторяющихся галсах, без проведения процедуры уравнивания. Оценка точности определения гравитационной аномалии в морском варианте составляет 0.5 мГал при типичном для авиационных применений осреднении 100 сек. При усреднении на 300 сек., типичном для морских применений, достигается точность 0.3 мГал. Разработана методика сверхточной калибровки гравиметра в полете ЛА для последующего решения задачи аэрогравиметрии в режиме облета рельефа. Предложено при калибровке проводить калибровочные маневры по высоте. Получены аналитические оценки точности калибровки. Разработан математический аппарат на основе вейвлет-разложений, позволяющий построить алгоритмически эффективное решение задачи. Алгоритм опробован на реальных данных. Проведен анализ эффективности применения метода наименьших модулей в задаче определения ориентации по фазовым спутниковым измерениям. Цель анализа – установить целесообразность применения метода в задаче обработки фазовых измерений и сравнить различные схемы его применения в режиме реального времени и пост-обработке. Выводы. Применение метода наименьших модулей позволяет существенно повысить робастность оценки. При этом вычислительные затраты, связанные с этим, составляют примерно 20% от исходных, что является приемлемым. Таким образом, применение метода является целесообразным. При этом оценка по методу наименьших модулей используется не в качестве окончательной оценки, а для отбраковки сбойных измерений. Предложенный алгоритм пригоден для реализации в реальном времени, допускает обработку измерений от произвольного числа антенн на всех частотах, применяемых в спутниковых системах навигации. Данную методику определения ориентации предполагается в дальнейшем применить в инерциальной гравиметрии в высоких широтах. Совместно с компанией Геокен и компанией Гравиметрические технологии проведены морские гравиметрические съемки в протоках Каспийского моря и авиационные гравиметрические съемки с использованием гравиметра GT2A, для отработки методики съемки с использованием гравиметра GTX. Испытания показали правомерность и перспективность предложенного метода съемок с борта катера, с использованием периодических привязок к местности при кратковременных швартовках ко дну водоема. Точность съемки, по предварительным оценкам, составляет 0.5 мГал. Съемки в протоках Каспийского моря с гравиметром GTX запланированы на лето 2013 года. Разработана методика и программное обеспечение для построения и редукции карт аномального гравитационного поля, построенных по данным аэрогравиметрии, путем комплексирования данных с данными новейших международных глобальных моделей, таких как EGM2008. Решение задачи основано на ее сведении к новой задачи оценивания в пространстве коэффициентов вейвлет-разложения остаточного поля. Методика проверена на модельных данных, а также на реальных данных в регионе, где точно известно гравитационное поле по данным морских измерений. Разработано программно-методическое обеспечение для оптимального адаптивного оценивания аномального гравитационного поля Земли по данным авиационных съемок с учетом пространственной неоднородности поля. Соответствующее обеспечение развивает полученные в 2011 году математические результаты, основанные на концепции расширенных скрытых марковских моделей, в сторону практической направленности. Проведена рбработка съемок в районе реки Омалон. Показано, что предложенная методика устраняет эффект пересглаженности оценок и позволяет на 20% повысить точность съемок. По материалам исследований Д.Р.Дорошин под руководством Ю.В.Болотина защитил кандидатскую диссертацию.